论文总字数：23818字

摘 要

本文主要研制用于测试和验证迭代学习控制算法的实验硬件装置, 在30次步态迭代学习内实现收敛的轨迹跟踪，降低跟踪误差，这样下来会比传统的PID控制算法得到更小的跟踪误差，加快收敛速度。迭代学习控制的基本原理与人类归纳总结的学习相似，人们在多次的实践中能够获取经验以便下一次可以更好地完善事件。然而机械也同样能够在反复的作业过程中对输出的信号完成迭代学习，通过对比输出信号与目标要求的不同来改进下一次的作业过程，进而最终达到目标要求。迭代学习控制算法相对来说比较简单，并且在机械上实现起来也比较容易。机械在多次作业后，因为迭代学习控制次数增多，它的控制力也会变得越来越强。本课题先是参考了大量的文献资料，并且针对设计要求，选择了一种较合理的方案设计了一种双关节机械臂。然后对此种双关节机械臂进行了驱动控制电路的设计与搭建。第三步理论上地运用了开闭环D型迭代学习控制，并且分析了它的收敛性。最后对全文作出了总结，全文的研究工作需要在实际验证中进行下去，并改进相应的问题。

关键词：机械臂，结构设计，控制电路，迭代学习控制

Abstract

This paper mainly develops an experimental hardware device for testing and validating the iterative learning control algorithm, which achieves convergent trajectory tracking within 30 iterations of gait learning and reduces the tracking error. In this way, the tracking error will be smaller and the convergence speed will be faster than the traditional PID control algorithm. The basic principle of Iterative Learning Control (ILC) is similar to that of human inductive learning. People can gain experience in many practices so that they can better improve the event next time. However, the machine can also complete the iterative learning of the output signal in the repeated operation process. By comparing the difference between the output signal and the target requirements, the next operation process can be improved, and finally the target requirements can be achieved. Iterative learning control algorithm is relatively simple and easy to implement mechanically. After many operations, the control power of the machine will become stronger and stronger as the number of iteration learning control increases. This topic first refers to a large number of literature, and according to the design requirements, chooses a more reasonable scheme to design a two-joint manipulator. Then, the drive and control circuit of the two-joint manipulator is designed and built. In the third step, open-closed-loop D-type iterative learning control is theoretically applied and its convergence is analyzed. Finally, a conclusion is made. The research work of the full text needs to be carried out in the actual verification, and the corresponding problems should be improved.

KEY WORDS: robotic arm, structural design, control circuit, iterative learning control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1机器人研究现状及发展趋势 1

1.1.1机器人的发展情况 1

1.1.2国内研制机器人情况 2

1.1.3机器人产业及其发展意义 3

1.2机械臂的控制及迭代学习控制现状 4

1.2.1机械臂的运动控制研究 4

1.2.2迭代控制现状及意义 6

第二章 机械臂的结构设计 8

2.1机械臂的组成和各部分联系叙述 8

2.2机械臂部分结构的设计与分析 9

2.2.1引言及简要的设计要求 9

2.2.2机械臂结构设计与计算 10

2.2.3各部分传动比的计算 11

2.2.4各部分传动设备的运动和动力参数 11

2.2.5各个传动轴的设计与计算 13

第三章 机械臂的控制系统 19

3.1机器臂的驱动方式 19

3.2 步进电机的驱动和控制 19

3.2.1选择驱动芯片（步进电机） 20

3.2.2驱动电路设计（步进电机） 22

3.3 直流电机的驱动和控制 23

3.3.1 选择驱动芯片（直流电机） 23

3.3.2驱动电路设计（直流电机） 25

3.3.3 直流电机PWM调速 25

第四章 机械臂的迭代学习控制 26

4.1迭代学习控制的基本认识 26

4.2迭代学习控制的学习与研究 26

第五章 总结和展望 28

5.1全文总结 28

5.2研究展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1机器人研究现状及发展情况

1.1.1机器人的发展情况

到目前为止，大多数使用的工业机械人使用着一种教学与再现的编程方法。

工业机械人的第一个商业产品出产于1962年。那时，它主要在上料和下料上进行工作。并且之后与预期不同的是后期开发速度比较低。

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